Meie universumi sünnitanud Suure Paugu hiljutine avastus gravitatsioonilainete kohta on vallandanud lained astrofüüsikute ja kosmoloogiliste ringkondade seas. Mõned tervitasid entusiastlikult uut avastust, väites, et see tõestas lõpuks inflatsiooni tegelikkust (universumi niinimetatud kiiret laienemist, mida teooria postitas pärast Suurt Pauku).
Teised kutsusid üles olema ettevaatlikud, viidates sellele, et tuvastatud lained võisid olla osaliselt tingitud muudest teguritest kui üksnes inflatsioon. Mõned teatasid, et need tulemused matsid lõpuks peaaegu kõik alternatiivsed teooriad, mis esitati universumi täheldatud omaduste selgitamiseks, teised hoiatasid liigse kiirustamise eest, kutsudes esiteks võimalike alternatiivide vastuolulisust "usaldusväärselt tõestama". Sellel üldisel ärritunud taustal oli eriti huvitav ühe juhtiva moodsa kosmoloogi, Andrei Linde Stanfordi ülikoolist, kõne.
Uut avastust tervitades ütles ta, et see mitte ainult "eemaldab arutelust 90 protsenti kõigist teistest inflatsioonimudelitest", vaid ka "sobib ideaalselt kaootilise inflatsiooni teooriaga", see tähendab teooriaga, mille Linde ise umbes 30 aastat tagasi välja töötas. Pole juhus, et Linde sõnad äratasid kõigi kolleegide erilise huvi. Fakt on see, et kui täiendavad testid tõepoolest kaootilise inflatsiooni tegelikkust kinnitavad, tähendab see, et kosmoloogia on lõpuks suutnud lahendada valuliku ja põhimõttelise küsimuse, millele ta pole aastakümneid suutnud rahuldavat vastust anda.
See küsimus, nagu nüüd näete, on põhiline ka meie, tavaliste uudishimulike inimeste jaoks, sest kõige ürgsemal kujul kõlab see umbes nii: miks me üldse olemas oleme?
Las ma selgitan nüüd. Juba eelmise sajandi keskel märgati, et põhilised füüsikalised konstandid (näiteks elektronlaeng, gravitatsioonikonstant universaalse gravitatsiooni seaduses ja mitmed muud põhilised suurused) on äärmiselt täpselt reguleeritud tagamaks, et elu universumis võiks eksisteerida kujul, milles me me teame.
Loodusseaduste peenest kohandamisest antropose, see tähendab inimese vajadustele, on veel palju näiteid. Ütleme nii, et meie elu põhineb süsinikul ja süsinik, nagu näitas keemiliste elementide moodustumisprotsesside uurimine, ei saaks universumis ilmuda, kui energia tase aatomites on süsinikust kergem, elemendid erinevad isegi miljardi kohta sellest, mis on tõesti.
Veel üks näide, juba kosmose geomeetriast: elu tekkimiseks ja arenguks on vaja planeete, mis pöörleksid oma tähtede ümber vastavalt gravitatsiooniseadusele. Ja üldine relatiivsusteooria näitab, et kahe mõõtme ruumis oleks gravitatsioon liiga nõrk, et hoida planeete tähtede lähedal, ja nelja või enama mõõtme ruumis ei saa gravitatsiooni üldse olla.
Antropode jaoks jääb ainult kolme mõõtmeline ruum, mida me näeme enda ümber. Ja selliseid näiteid on väga palju. Huvilistel viitan Barrow ja Tippleri imelisele raamatule "Kosmoloogiline antropoopiline põhimõte".
Reklaamvideo:
Kuidas seletada sellist peent sobivust? Juba 1973. aastal sõnastas kuulus astrofüüsik Brandon Carter Koperniku 500. sünniaastapäeva auks Krakowi konverentsil esinedes selle küsimuse võimaliku vastuse. Seda vastust nimetatakse "antropiliseks põhimõtteks". Ta väidab, et vastupidiselt vanale (Kopernika) veendumusele, et Maa asukoht kosmoses ei erine kõigist teistest võimalikest asukohtadest universumis, väidab Carter, et “tema asukoht, ehkki mitte tingimata keskne, on siiski mõnevõrra eriline. ".
Mis see funktsioon on? Fakt, et kogu meile nähtavas universumi ümbritsevas osas on loodusseadused ja konstandid täpselt need, mis on vajalikud elu ja antropose tekkeks kui selle "krooniks".
Teisisõnu, me ilmusime universumi sellisesse erilisse (meie vaatevinklist) kohta, kus ainult meie võisime ilmuda. Kui eeldada, et universumis on palju muid nurki, mida me ei näe, siis on täiesti võimalik, et loodusseadused ja konstandid on seal erinevad, elu ja inimene ei saanud sinna ilmuda ning seetõttu ei saa keegi imestada, miks loodusseadused tema ümber on on sellised, et välistavad selle esinemise.
Seega taandub vastus meie põhiküsimusele asjaolule, et me oleme olemas, sest mingi uskumatult õnneliku juhusliku kokkusattumisega meie universumi osas on välja kujunenud täpselt sellised looduse seadused ja konstandid, mis osutusid ideaalselt meie väljanägemise võimalusega.
Seda antropilise põhimõtte sõnastust hakati hiljem nimetama nõrgaks, kuna on võimalik teha tugevam avaldus, mida nimetatakse tugevaks antropiliseks põhimõtteks. Selle põhimõtte kohaselt pole universumis muid osi ega kohti - see kõik tekkis kohe ja tekkis nii, et selle seadused ja konstandid on kõikjal samad ja kõikjal on täpselt kohandatud elu ilmnemise võimalikkuse ja mõistusega. See kõlab loogilisemalt kui väide universumi “erinevate kohtade” kohta koos “erinevate seadustega” (miks see äkki ?!). Kuid sellisel kujul meenutab antropiline põhimõte tugevalt lugusid inimese jaoks kogu universumi tahtlikust (jumalikust?) Loomisest ja seetõttu keeldus enamik teadlasi resoluutselt seda aktsepteerimast. Sellegipoolest oli trahvi sobivus ilmne ja nõudis selgitust. Linde oli üks väheseid, kes püüdis tõsiselt,see tähendab, et rangete teoreetiliste arvutuste abil kontrollige: kas tõesti võiksid universumi sünni jaoks olla sellised stsenaariumid, mis seda sobivust seletaksid?
Lubage mul teile meelde tuletada, et Suure Paugu algne stsenaarium sündis peaaegu kohe pärast seda, kui Einstein lõi üldise relatiivsusteooria, mis seostas gravitatsiooni ruumi ja aja omadustega. Einstein arvas, et universum on alati liikumatus olekus ja kõigi selle kehade gravitatsiooni üksteise suhtes tasakaalustab mingi purunev väli (tänapäeval nimetatakse seda tumeda energia väljaks).
Kuid mõne aasta pärast avastas Hubble, et universum paisub tegelikult (kõik galaktikad eemalduvad üksteisest) teatud väikese, kuid märgatava kiirusega, justkui oleksid kõik need galaktikad kunagi saanud mingi algse impulsi ja jätkavad liikumist inertsist (tänapäeval on teada, et tumeda energiaväli kiirendab seda liikumist isegi). Seda algimpulssi nimetati Suureks Pauguks (astrofüüsik Hoyle ristis seda teravalt suureks Pauguks - "Suur Clapperboard").
Suure Paugu teooria kirjeldas väga hästi universumi sündi ja arengut. Ta väitis, et universum tekkis väga kuuma ja tiheda plasma moodustisena, mis järk-järgult (koos oma ruumiga) laienes ja järk-järgult jahtus.
Algselt ei saanud selle ainet jagada mateeriaks ja energiaks, kuid jahtumisel hakkasid jõud (energia) väljad (üksteisest eralduma) ilmuma - tuuma, nõrgad, elektromagnetilised ja koos nendega hakkasid ilmnema neile vastavad osakesed - kvargid, elektronid, neutriinod jne. Ja siis lõpuks (teooria näitas, et umbes 380 tuhat aastat pärast plahvatust) jahtus universum nii palju, et energiakvoodid ei murdnud vastsündinu aatomeid ja seejärel langes aine üldplasmast välja.
Aatomite vahele jäi tühi (vaakum), mis täitus tohutu intensiivsusega elektromagnetilise kiirgusega. Aatomid hakkasid kokku kleepuma aine kogumitesse (moodustades lõpuks esimesed tähed ja galaktikad) ja jääkkiirgus jahtus edasi, see tähendab väga lühilainepikkusest üha pikema lainepikkuseni (seda nii energiakadude tõttu kokkupõrgetes ainega kui ka lainete venimise tagajärjel) ruumi jätkuva laienemise jaoks) ja tänaseks on see jahtunud 3 kraadini Kelvini (selle lainepikkus on juba mitu millimeetrit). Seda nimetati kosmiliseks kiirguseks või reliktiliseks kiirguseks.
See sihvakas ja muljetavaldav pilt sai suurepäraselt kinnitust, kui Penzias ja Wilson avastasid just sellise kiirguse, mille temperatuur oli 2,7 kelvinit ja jõudis Maale taeva igast küljest, st täites kogu universumi. Kuid koos kinnitusega tuli veel üks küsimus, sest selgus, et see kiirgus on ühtlane, see tähendab, et sellel on kõigis suundades, st kogu universumis, sama temperatuur. Kuidas see saab olla? Teooria ütleb, et Suur Pauk juhtus 13,7 miljardit aastat tagasi. See tähendab, et reliktiivne kiirgus moodustus umbes 13,3 miljardit aastat tagasi.
Kaugeimad punktid, kust see valgus täna Maale võib tulla, võivad asuda 13,3 valgusaasta kaugusel, mis tähendab, et kahe taeva vastasküljel asuva sellise punkti vaheline kaugus on 26,6 miljardit valgusaastat. Ükski energia ei saaks ühest punktist teise liikuda, sest selleks oleks vaja liikuda kahekordse valguse kiirusega, mis on võimatu. Vahepeal näitasid Penziase ja Wilsoni tehtud mõõtmised, et need kaks punkti kiirgavad sama temperatuuriga jääkkiirgust, mis tähendab, et nad on soojuse tasakaalus.
Seda veidrust on nimetatud horisondi probleemiks (kuna mõlemad ülaltoodud punktid asuvad tänapäeva universumi serval või silmapiiril). Püüdes seda probleemi lahendada, esitas Alan Guth 1981. aastal inflatsiooni idee (inflatsiooni tõlgitakse ka kui "inflatsiooni", "turset"), mille kohaselt oli Suurest Paugust tulenev esialgne plasmahüüve väike ja seetõttu võisid kõik selle osad vahetades energiat, tulge samale temperatuurile.
Ja siis toimus koletu lühikese ajaga (sekundist sekundini jõudmiseni miinus 35. võimsus) lühike, kuid koletu kiirusega kosmose inflatsioon, mis kasvas selle praeguse näilise suuruse juurde (10–23. Võimsus km-ni). Neid numbreid ei tasu proovida visualiseerida. Selle inflatsiooni kiirus ületas kujuteldamatult valguse kiirust (mis aga ei rikkunud valguse kiiruse piiri põhimõtet, kuna puudus oli signaali edastamine läbi kosmose, vaid ruumi enda laienemine).
Ja muidugi, selle aja jooksul ei saanud kõik universumi osad oma olekut muuta ja seetõttu püsisid nad kõikjal soojusliku tasakaalu seisundis.
Guthi inflatsiooniteooria lahendas enamat kui lihtsalt silmapiiriprobleemi. Samal ajal selgitas ta, miks vaadeldav universum näib meile keskmiselt (see tähendab väga suurtel vahemaadel) praktiliselt homogeenne ja tasane (see tähendab, kus täidetakse Eukleidese geomeetria seadusi, mitte aga näiteks Riemann'i sfäärilise geomeetria või Lobachevsky hüperboolse geomeetria seadusi).
Ligikaudu öeldes: "veeretas inflatsioon universaalse ruumi rullitud vaiba lahti", eemaldades lennukist väikseimad kõrvalekalded ja muutes selle eukleidiliseks ning universum ise - homogeenseks.
(Kui rangelt öelda, siis meie huvides on meie ajal tumeda aine avastamine, mida universumis on mitu korda rohkem kui tavaliselt, tõstatanud teadlaste tasasuse ja ühtluse probleemi uuesti, sest selgus, et tume aine jaotub ruumis tavapärasest erinevalt, nähtavale. andis alust uuteks, keerukamateks inflatsiooniteooriateks, kuid neil pole kosmoloogias mingit antropilise põhimõtte ajalugu.)
Mis oli Suure Paugu ja sellele järgnenud inflatsiooni algpõhjus? Guthi sõnul sai see kõik alguse vaakumi kvant kõikumisest. Jämedalt öeldes pole kvantfüüsikas vaakum tühjus, vaid teatud välja eriline olek, milles võivad esineda energia kõikumised. Üks selline lühiajaline vibratsioon suurendab välja energiat ja siis tekib ebastabiilne olek, mida nimetatakse valevaakumiks.
Selline olek laguneb äärmiselt kiiresti, see tähendab, et see naaseb normaalseks, kuid teatud tingimustel võib ruumitükk, milles tekkis vale vaakum ja seejärel lagunes, kasutada selles äkitselt ilmunud energiat selle meeletu laienemise jaoks, teisisõnu inflatsiooni jaoks. Guthi sõnul oli just selline protsess, mis andis aluse meie vaadeldavale universumile, ja see leidis aset sellises mikroskoopilises ning seetõttu homogeenses ja tasakaalulises piirkonnas, et ka sellest tekkinud universum osutus, nagu me juba ütlesime, homogeenseks ja tasakaaluliseks.
Veelgi enam, algne koht oli nii väike, et selles olevad füüsikaseadused olid kõikjal ühesugused - nii et koheselt täispuhutud universumis jäid nad kõikjal samaks. Ja see, et samal ajal osutusid nad elu ja mõistuse tekkeks soodsateks, on juba puhas juhus. Vastus kordab sisuliselt tugevat antropoloogilist põhimõtet, andes sellele range teadusliku aluse.
See järeldus oli Lindele vastuvõetamatu ja ta püüdis Guthi teooriat üldistada. Ta lükkas ümber oma oletuse mikroskoopsusest ja seetõttu ka vaakumi ilmnemise algpiirkonna homogeensusest ning uuris (teoreetiliselt muidugi), mis juhtuks, kui arvestada piisavalt suure ruumipinnaga, mis kindlasti ei saa olla ei homogeenne ega ka energeetiliselt tasakaalus.
Arvutused viisid ta ebaharilikult huvitavate tulemusteni. Selgus, et sel juhul võivad selle ala erinevates kohtades erinevatel aegadel ja erineva intensiivsusega tekkida valevaakumi kvant kõikumised. Seetõttu paisub mõni koht inflatsioonimääraga, teised aga ei laiene üldse või lõpetavad varase laienemise. Tekib mitte üksik universum, nagu Guthi teoorias, vaid terve hunnik universumeid, igaüks nii suur kui ainus Guth.
Ja kuna see universumite klaster (sarnane universumiga, nimetas Linde seda multiverssiks, see tähendab millekski "multiverssiks") sündis kaootilisest vaakumi olekust ja kaootilises häiretes, siis on see ise kaootiline, see tähendab, et ühegi üksiku nimetamine on võimatu. sünnimomendil, on igas selle sektsioonis (igas eraldi universumis) kindlasti oma ruumi, aja ja looduse seadused, rangelt kooskõlas nõrga antropoopia põhimõttega.
Uut teooriat nimetatakse kaootiliseks inflatsiooniks. Selle arendamisel näitas Linde oma 1986. aasta töös, et multiverse kiiresti arenevates sektsioonides peaksid tekkima vaakumi ja muude väljade kvant kõikumised, mis peaks viima nendes sektsioonides selliste kohtade pideva ja lõputu inflatsioonini, nii et multiverse peaks end lõputult reprodutseerima.
Sellel protsessil pole algust ega lõppu ning seetõttu nimetas Linde seda uut suurejoonelist stsenaariumi igavese kaootilise inflatsiooni teooriaks. See lõpmatu inflatsioon on ka kaootiline selles mõttes, et kõigil uutel sektsioonidel, mis tekivad erinevates sektsioonides (nad on ka universumid) (need on uued ja uued universumid), peaksid põhimõtteliselt olema erinevad geomeetriad (sealhulgas erinev arv ruumi mõõtmeid), erinevad omadused aeg ja eri tüüpi osakesed ja väljad.
Nii on võimalik, et paljudel neist on näiteks kuus ruumilist mõõdet või need ei sisalda ühtegi aineosakest jne. (Muidugi, on ka üsna tõenäoline, et paljud neist - ja nende arv on lõpmatu - sobivad elu ja vaimu tekkimiseks üsna hästi, ehkki igaüks omal ajal, ei pruugi ilmtingimata teistega kokku langeda.)
Ja nüüd väidab Linde (ja Guth on juba temaga oma nõusolekut väljendanud), et gravitatsioonilainete uued andmed langevad kõige paremini kokku tema teooria ennustustega.
Nagu ma ütlesin, saab tema sõnade kinnituse korral lõpuks vastuse, miks me üldse olemas oleme. Kuna üha rohkemate uute seaduste ja konstantidega uute universumite kaootilise ilmumise lõputu ja igavese protsessi käigus pidi ühel päeval (ja mitu korda) ilmuma üks, kus elu ja mõistuse tekkimine sai võimalikuks. See on tohutu teaduslik võit, kuid muidugi ainult füüsika ja kosmoloogia raames. Täieliku vastuse saamiseks küsimusele, miks me üldse eksisteerime, on loomulikult vaja ka bioloogilist selgitust selle kohta, kuidas elu võiks tekkida "surnud" mateeriast ja areneda enne mõistuse ilmnemist.
Bioloogia ei oska veel elu tekkimist üheselt seletada. Ta puutub siin kohe kokku kana ja muna probleemiga. Esimese DNA reprodutseerimiseks on vaja valke ja esimeste valkude tootmiseks on vaja DNA-d.
Nad üritavad sellest raskusest üle saada, postuleerides, et esimestena tekkisid spetsiaalsed molekulid - RNA, mis suutsid katalüüsida nende enda paljunemist. See katalüüs viis erinevate RNA-de tekkeni maailmas, millest looduslik selektsioon hakkas materjali valima edasisteks komplikatsioonideks. Kuid sellise autokatalüüsi olemasolu pole veel täielikult tõestatud ja mis kõige tähtsam - pole selge, miks kõigi parimate RNA-de valimine oleks pidanud tingima valkude (või DNA) ilmumise. Ka tänapäevases bioloogias on raskusi elu edasise arengu selgitamisel.
Ta selgitab seda protsessi darvinistliku teooria abil, milles evolutsioon on esitatud kui aeglane, järkjärguline ja pidev protsess geenides juhuslikult toimuvate väikeste muutuste (mutatsioonide) akumuleerumiseks ja valimiseks, mis seejärel leiab väljenduse sama väikestes muutustes organismides tervikuna. Sel moel väidab teooria, et esimesest elusrakust alates hakkasid arenema erinevat tüüpi rakud, kasvades nagu puu oksad, jagunedes seejärel veelgi arvukamateks organismitüüpideks ja nii edasi, kuni inimene, kes selle "elupuu" kroonis.
Viimastel aastakümnetel on aga kogunenud palju uusi fakte, mis näitavad, et tegelikult ei olnud see protsess pidev. Pigem oli see vahelduv evolutsioon, mille käigus uute organismide kiire ilmnemise peaaegu valmisvormis lühikesed perioodid asendati nende edasise peenhäälestamise ja alamliikideks peenema killustatuse pikkade perioodidega (Eldridge ja Gould nimetasid seda protsessi punktiirlikuks evolutsiooniks).
Paljud autorid on juba proovinud neid kohandamisi Darwini teooriasse teha, kuid hiljuti ilmus esimene üldistav ja väga radikaalne hüpotees, mis “korrigeerib” Darwini Linde abiga!
See hüpotees kuulub väljapaistvale kaasaegsele bioloogile Jevgeni Kuninile Bethesda (USA) Riiklikest Terviseinstituutidest. Ta kirjeldas seda täielikult oma hiljutises raamatus "Juhuslikkuse loogika" ja enne seda - kahes artiklis, millel on väga tähelepanuväärsed, nagu näete, pealkirjad: "Igavese inflatsiooni kosmoloogiline mudel ja üleminek juhuslikkuselt evolutsioonile eluloo ajal" ja "Bioloogilise suure mudeli" plahvatus evolutsiooni peamistel üleminekuhetkedel”. Esimeses artiklis ütleb Kunin midagi sellist: „Igavese inflatsiooni mudel, vastupidiselt ühe ainulaadse universumi traditsioonilisele kosmoloogilisele mudelile, eeldab, et kõik võimalikud algsete füüsiliste tingimuste komplektid võivad juhuslikult tekkida ja korrata lugematul arvul kordi multiversi erinevates sektsioonides.
Seetõttu osutab see mudel võimalusele, et erinevates sellistes sektsioonides võib juhuslikult ilmuda lõpmatu arv kõige keerukamaid süsteeme, isegi kui sellise keerukuse iga üksiku esinemise tõenäosus igas eraldi sektsioonis on äärmiselt väike. Maakera elu pole sellest reeglist erand. Me eksisteerime seetõttu, et meie multiversi sektsioonis ilmus korraga juhuslikult kogu molekulide komplekt, mis võimaldas nii DNA paljunemist kui ka valkude ehitamist. Igavese inflatsiooni teooria ütleb, et igaveses ja lõputult iseendaga paljunevas multiversioonis oli sellise õnnetuse ilmumine (nagu iga teinegi) vajalik, nii et Darwini evolutsioon ei nõua mingit RNA-maailma ja on sisuliselt antroptilise põhimõtte paratamatu tagajärg.
Teise artikli sissejuhatuses kirjutab Kunin: „Bioloogilise evolutsiooni kõigil põhietappidel kordub sama stsenaarium, mille kohaselt ilmnevad mitmesuguste elusvormide ootamatu ilmumine uuele keerukusastmele. Nii juhtus esimeste elusate molekulide (RNA ja valkude), viiruste kõige olulisemate rühmade, algloomade kahe klassi (arhaea ja bakterid), eukariitide superperekonna (tuumaga rakud) asutajate ja kõigi loomperekondade ilmumisega. Võib arvata, et kõik need punktid on üleminekukohad ühest plahvatusohtlikust arengufaasist teise, järk-järgult. Esimene, inflatsiooniline, faas loob väga kiiresti tohutu hulga uusi võimalusi geneetilise teabe vahetamiseks (horisontaalne geeniülekanne, rekombinatsioon, sulandumine, jagunemine jne), samas kui teises faasis hakkavad arenema ja hargnema sel moel tekkinud uued eluvormid. See protsess meenutab igavese kaootilise inflatsiooni teoorias uue universumi sündi, kus kiire laienemise tagajärjel (mida tavaliselt nimetatakse Suureks Pauguks) sünnib multiversiooni uus sektsioon, mis hakkab edasi arenema vastavalt oma sisemistele seadustele. Seetõttu nimetasin eelpool eluloolises faasis üleminekuid "bioloogilisteks suurteks paukudeks".
Mõlemad artiklid jätkavad neis püstitatud hüpoteeside üksikasjalikku analüüsi ja tõestust, kuid nende ümberjutustamine nõuab eraldi lugu ja võime vaid loota, et saatus võimaldab meil selle juurde tagasi pöörduda. Praegu ütlen ainult: moodsa teaduse peadpööritavad ideed paljastavad põhjatuid sügavusi ja loodus, ilmselt, pole asjata nii palju proovitud, luues selle iseteadmise instrumendi.
Raphael Nudelman
